活性炭三维电极法处理成品油库废水

姚 猛，唐晓丽，张志远

（中国石化安全工程研究院，山东 青岛 266071）

活性炭三维电极法处理成品油库废水

姚 猛，唐晓丽，张志远

（中国石化安全工程研究院，山东 青岛 266071）

采用活性炭三维电极法对成品油库废水进行了试验研究，分别考察了电解时间、曝气强度、进水pH值和电解电压对成品油库废水处理效果的影响，最终确定最佳处理效果的工艺条件为：电解时间为90 min，曝气强度为15 L/min，进水pH值为3，Fe2+投加量为1.0 g/L，电解电压为20 V。在最佳实验条件下，废水中COD去除率可以达到82%以上。

三维电极；活性炭；成品油库；废水处理

成品油库主要用来储存汽油和柴油，成品油库污水主要包括油罐切水、油罐清洗水、地冲洗水、受污染的初期雨水和卸、发油区冲洗水等，具有排水不连续和水量、水质波动大等特点。因为成品油库具有上述特点，加之石化企业成品油库往往不配备专业污水处理工人，所以传统的生物处理法无法应用于成品油库废水处理。目前，成品油库污水主要采用隔油—气浮—生化工艺进行处理[1]。

三维电极法是在传统的二维电解槽的阴、阳极间填充颗粒状工作电极材料，与二维电极法相比，其电解槽中的每一个工作电极粒子均成为一个独立的立体电极，粒子两端同时发生电化学氧化、还原反应，极大缩短了传质距离，提高了电流效率[2]。同时，粒子之间构成的大量微电解池可以产生具有强氧化性的羟基自由基·OH，提高水处理效果。本研究采用活性炭三维电极法对成品油库废水进行处理。

1 实验部分

1.1 实验材料与设备

实验用水采集自某成品油库隔油池出口，废水中COD为1 000 mg/L，石油类为31.7 mg/L，pH值为6.5～7.5。三维电极反应器电解槽采用有机玻璃制成，尺寸为16 cm×12 cm×23 cm， 因为RuO2-IrO2-TiO2/Ti电极具有良好的电催化活性及比较高的电化学稳定性[3]，故本实验阳极采用RuO2-IrO2-TiO2/Ti板电极，阴极采用石墨板电极，电极板规格为20 cm×11 cm。极板间填充粒径1～3 mm颗粒活性炭。电解采用直流稳压恒流电源，电压为0～35 V，电流为0～10 A。采用小型空压机曝气，空气由电解槽底部经多孔板均匀散布。实验前将极板和活性炭在原水中浸泡至吸附饱和，消除吸附作用对实验结果的影响，用盐酸调节原水pH值至酸性。

1.2 分析方法

COD采用重铬酸钾法测定；pH采用玻璃电极法测定。

2 结果与分析

2.1 电解时间对COD去除率的影响

在pH值为3.0、极板间距为5 cm，电压为20 V、Fe2+投加量为1.0 g/L、曝气强度为15 L/min的实验条件下，考察电解时间对COD去除率的影响，结果如图1所示。

图1 电解时间对COD去除率的影响

从图1可以看出，在其他参数一定的条件下，COD去除率随电解时间的增加而增加。电解前60 min，COD去除速率较快，90 min时COD去除率达到82.1%，之后COD去除率基本趋于平缓。反应初期，因为水中COD浓度较高，电解过程中不断产生的·OH与水中有机物发生反应，加之进水中的有机物迅速分散到大量活性炭颗粒之间，在活性炭颗粒形成的微电解池中被降解，极大提高了COD的去除速率。随着反应的不断进行，水中有机物浓度不断下降，水中pH值不断升高，Fe2+在水中不断形成絮状物，影响了活性炭颗粒的悬浮状态，减少了工作电极数量，覆盖了部分活性中心，减弱了有机物在颗粒电极表面的降解作用，从而使COD去除率变缓[4]。从实验结果来看，电解时间应控制在90 min为宜。

2.2 曝气强度对COD去除率的影响

在pH值为3.0、极板间距为5 cm、电压为20 V、Fe2+投加量为1.0 g/L、电解时间为90 min的条件下，考察曝气强度对COD去除率的影响，结果如图2所示。

图2 曝气强度对COD去除率的影响

从图2可以看出，随着曝气强度的不断增大，水中COD的去除率呈现出先增后减的走势，这是因为合适的曝气强度可以使废水均匀分布于活性炭颗粒之间，促进水中有机物向微电极的传质，有利于有机物的降解。同时，曝气产生的气泡可以促进活性炭颗粒的扰动和摩擦，有利于去除颗粒表面的钝化膜，加快有机物向颗粒表面的传质速率。当曝气强度不断增大，有机物无法有效分散到活性炭颗粒表面，微电极的电解作用减弱，有机物无法被有效降解。所以过高的曝气强度不但增加处理成本，也不利于COD的去除[5]。因此，本实验确定的合理曝气强度为15 L/min。

2.3 进水pH值对COD去除率的影响

调节进水pH值在1～6的范围内，在极板间距为5 cm、电压为20 V、Fe2+投加量为1.0 g/L、电解时间为90 min的条件下，考察进水pH值对COD去除率的影响，结果如图3所示。

图3 进水pH值对COD去除率的影响

由图3可以看出，进水pH值由1到6的过程中，水中COD去除率呈现出先增加后降低的走势，pH值在3左右时，COD去除率最高。这是因为电解槽中废水的酸碱度直接影响极板表面·OH产生。pH值过低，水中H+离子浓度过高，阴极产生的H2O2捕获水中的质子形成的H3O2+显示出亲电子性，减弱了H2O2与Fe2+反应生成·OH的效果。pH值较高时，Fe2+会生成Fe（OH）3沉淀，Fe2+浓度降低，影响了·OH的生成，同时，较高的pH值会导致H2O2无效分解，影响处理效果[6]。所以，本实验确定的最佳pH值为3。

2.4 Fe2+投加量对COD去除率的影响

在pH值为3.0、极板间距5 cm、电压为20 V、曝气强度为15 L/min的实验条件下，考察Fe2+投加量对COD去除率的影响，结果如图4所示。

图4 Fe2+投加量对COD去除率的影响

从图4可以看出，Fe2+投加量由0.25 g/L增加至1.5 g/L的过程中，水中COD去除率呈现先增加后降低的走势，Fe2+投加量为1.0 g/L时，去除率最高。向水中投加的Fe2+与阴极生成的H2O2形成的Fenton试剂可以产生·OH，有利于COD被氧化降解。当投加的Fe2+超过1.0 g/L时，就会发生反应：·OH+Fe2+→Fe3++OH-；同时，·OH也会发生自身反应：2·OH+2·OH→2H2O+O2，导致电解槽中·OH浓度降低，不利于COD被氧化去除。

2.5 电解电压对COD去除率的影响

在pH值为3.0、极板间距5 cm、Fe2+投加量为1.0 g/L、曝气强度为15 L/min的实验条件下，考察电解槽电压的变化对COD去除率的影响，结果如图5所示。

从图5可以看出，电解电压由10 V增加至30 V的过程中，水中COD去除率呈现出先增加后降低的走势，电压为20 V时，去除率最高。这是因为随着电压的增大，电解槽内电压梯度上升，电流密度增加，活性炭颗粒极化程度增加，·OH产生速率增加，有机物处理效率提高。但随着电压的继续增大，电极电势超过析氧、析氢电势后，活性炭颗粒微电极上的副反应增多，产生大量气泡，导致有机物无法在活性炭颗粒上有效吸附，气膜使活性炭颗粒隔开，增大了电阻率，电流密度降低，·OH产生速率下降，造成处理效率下降[7]。所以实验表明，电解电压选择20 V为宜。

图5 极板间距对COD去除率的影响

3 结论

应用活性炭三维电极法处理成品油库废水，COD去除率可以达到82%以上。电解时间、曝气强度、进水pH值和电解槽电压均对废水处理效果有显著影响。实验结果表明，最佳工艺条件为：电解时间为90 min，曝气强度为15 L/min，进水pH值为3，Fe2+投加量为1.0 g/L，电解电压为20 V。采用活性炭三维电极法处理污水，占地面积小，能耗低，操作简单，产泥量少，活性炭颗粒再生周期长，对于不适用传统生物处理法处理废水的成品油库，是一种优选的处理方法。

[1]马传军，周志国，高阳，等.成品油库含油污水处理问题与对策[J].安全、健康和环境，2014，14（4）：37-39.

[2]徐丽娜，赵华章，倪晋仁.阴极材料对三相三维电极反应器电解处理酸性橙7的影响研究[J].环境科学，2008，29（4）：942-946.

[3]李同泉.厚膜电阻浆料有机载体的改进[J]．电子元件与材料，1997，16（2）：47-49.

[4]李亚峰，赵娜，班福忱，等.三维电极法处理硝基苯废水[J].沈阳建筑大学学报：自然科学版，2009，25（1）：148-151.

[5]肖凯军，王新，银玉容.三维电极-电Fenton耦合法降解硝基苯废水[J].华南理工大学学报：自然科学版，2010，38（8）：131-133.

[6]倪建国，吴成强，朱润晔.微电解-电解预处理硝基苯废水的研究[J].浙江工业大学学报，2007，35（6）：627-630,645.

[7]X HAN，DK XIA.Study on the Treatment of Phenol and Formaldehyde Waste Water Using Fenton Reagent[J].SP&BMH Related Engineering，2004，32（6）：25-28.

（编辑：程 俊）

Treatment of Product Oil Depot by Three-Dimensional Electrode of Activated Carbon Method

Yao Meng,Tang Xiaoli,Zhang Zhiyuan
（SINOPEC Safety Engineering Institute,Qingdao Shandong 266071,China）

The experimental study of three-dimensional electrode of activated carbon method was carried out on the product oil depot wastewater.The effects of electrolysis time,aeration intensity, influent pH value and electrolytic voltage on treatment effect were investigated,and the best conditions of the process were obtained:electrolysis time is 90 min,aeration intensity is 15 L/min,the influent pH is 3,Fe2+dosage is 1.0 g/L，electrolytic voltage is 20 V.Under the experimental conditions,the removal rate of COD can reach above 82%.

three dimensional electrode,activated carbon,product oil depot,wastewater treatment

X703

A

1008-813X（2017）01-0091-03

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.01.23

2016-12-12

姚猛（1982-），男，山东淄博人，毕业于苏州科技大学环境工程专业，硕士，工程师，主要从事环境风险、环境安全领域的研究和管理工作。